STUDIO E PROGETTAZIONE DI SISTEMI DI COMUNICAZIONE SUBACQUEA

In recent years, interest in underwater wireless communications has grown significantly, especially in the field of robotic exploration. Traditionally, systems use cables or optical fibers, which guarantee reliability and transmission speed, but at the same time impose significant constraints in terms of mobility, maneuverability, and operating ranges. To overcome these limitations, research is focusing on wireless technologies such as acoustic waves, radio frequency, and optical communication. This thesis focuses on the latter, optical transmission, which has emerged as a promising alternative thanks to its high speed, low latency, and less dependence on environmental conditions compared to other methods. After an analysis of the OPTOCOMM project, which developed the first optical UOWC (Underwater Optical Wireless Communication) modems, and of the main underwater communication technologies using the Ethernet protocol, the work focuses on the development of a prototype optical transmitter and receiver with a simpler cabling system and lower production costs. The technology in question is the UART protocol, chosen for its simplicity of implementation and good data rate performance. The project draws inspiration from a series of articles to gather fundamental information for the development of the optical modem. The work carried out also involves the electronic design, assembly of the optical modules, and in-air testing, with the aim of evaluating the system's performance. The results obtained show that the system operates stably at 5 Mbps, confirming the validity of the UART protocol choice and paving the way for further developments in real-world operating contexts.

Negli ultimi anni sta crescendo notevolmente l’interesse per le comunicazioni subac- quee wireless, soprattutto nell’ambito delle esplorazioni robotiche. Tradizionalmente, i sistemi utilizzano cavi o fibre ottiche, che garantiscono affidabilità e velocità di trasmissione, ma allo stesso tempo impongono vincoli importanti in termini di mobi- lità, maneggevolezza e distanze operative. Per superare questi limiti, la ricerca si sta orientando verso tecnologie wireless come le onde acustiche, la radiofrequenza e la co- municazione ottica. Questa tesi si concentra proprio su quest’ultima, la trasmissione ottica, che si afferma come alternativa promettente grazie alla sua alta velocità, bassa latenza e minore dipendenza dalle condizioni ambientali rispetto agli altri metodi. Dopo un’analisi sul progetto OPTOCOMM che ha sviluppato i primi modem ottici UOWC (Underwater Optical Wireless Communication), e delle principali tecnologie di comunicazione subacquea utilizzando il protocollo Ethernet, il lavoro si focalizza sullo sviluppo di un prototipo di trasmettitore e ricevitore ottico che abbia un sistema di cablaggio più semplice e con costi di produzione ridotti. La tecnologia in questione è il protocollo UART, scelto per la sua semplicità nell’ implementazione e le buone prestazioni in termini di data-rate. Il progetto prende spunto da una serie di articoli per trarre informazioni fonda- mentali per la realizzazione del modem ottico. L’attività svolta riguarda infine la progettazione elettronica, l’assemblaggio dei moduli ottici e l’esecuzione di test in aria, con l’obiettivo di valutare le prestazioni del sistema. I risultati ottenuti mostrano che il sistema opera in modo stabile a 5 Mbit/s, confermando la validità della scelta del protocollo UART e aprendo la strada a ulteriori sviluppi in contesti operativi reali.